NG：岩石中的水，纳米尺度下的新发现

【导读】 近日《自然地球科学》杂志发表的研究，利用电子显微镜和中子散射技术观察了岩石圈中的各种岩石，发现岩石中都一致地显示出纳米孔隙，且孔径主要小于100纳米。分子动力学模拟显示岩石中的纳米孔隙会显著改变水的性质，降低矿物溶解度，而目前的水-岩相互作用模型并未考虑这一过程。 这项研究强调了在地球化学模型中考虑纳米尺度效应的重要性，这对理解地球内部的碳循环和矿产形成有重要意义。

水 在地球的岩石圈中无处不在，它与岩石的相互作用影响着许多地质过程，比如地震、地壳变形和矿产形成。这些过程对人类社会也有重要影响，比如能源开采和碳循环。传统上，科学家们认为水在岩石中的流动不受纳米尺度影响。但最新研究发现，岩石中的纳米孔隙对水的性质有显著影响。

科学家们研究了多种岩石，包括砂岩、辉长岩和蛇纹岩。他们使用电子显微镜和中子散射技术，发现这些岩石中普遍存在纳米孔隙，孔径大多小于100纳米。接着，他们通过分子动力学模拟，研究了水在这些纳米孔隙中的行为，特别是水的介电常数（dielectric permittivity），这是决定水化学行为的一个关键属性。

研究发现，在纳米孔隙中，水的介电常数显著降低。这意味着水在纳米孔隙中的化学行为与在大空间中的行为不同。具体来说，水在纳米孔隙中的溶解能力降低，这会影响岩石中的化学反应。例如，石英和方解石在纳米孔隙中的溶解度比在普通水中的溶解度低得多。

这项研究挑战了传统的流体-岩石相互作用模型，强调了在地球化学模型中考虑纳米尺度效应的重要性。研究结果不仅对理解地球内部的碳循环和矿产形成有重要意义，还对地下能源的开采和储存等实际应用具有指导价值。

参考文献 ： Chogani, A., King, H.E., Tutolo, B. et al. Geochemistry of lithospheric aqueous fluids modified by nanoconfinement. Nat. Geosci. 18 , 191–196 (2025). https://doi.org/10.1038/s41561-024-01629-5

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